機(jī)械原理課程設(shè)計——汽車前風(fēng)窗雨刮器設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄前言1. 課程設(shè)計目的和任務(wù)機(jī)械原理課程設(shè)計能夠培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力，是學(xué)生綜合運用機(jī)械原理課程所學(xué)理論知識和技能解決實際問題，獲得工程技術(shù)訓(xùn)練的必不可少的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。機(jī)械原理課程設(shè)計教學(xué)所要達(dá)到的目的是：1、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用機(jī)械原理課程的理論知識，并結(jié)合生產(chǎn)實際來分析和解決工程問題的能力。2、通過制定設(shè)計方案、合理選擇機(jī)構(gòu)的類型、正確地對機(jī)構(gòu)的運動和受力進(jìn)行分析和計算，讓學(xué)生對機(jī)構(gòu)設(shè)計有一個較完整的概念。3、訓(xùn)練學(xué)生收集和運用設(shè)計資料以及計算、制圖和數(shù)據(jù)處理及誤差分析的能力，并在此基礎(chǔ)上利用計算機(jī)基礎(chǔ)理論知識，初步掌握編

2、制計算機(jī)程序并在計算機(jī)上計算來解決機(jī)構(gòu)設(shè)計問題的基本技能。機(jī)械原理課程設(shè)計教學(xué)的任務(wù)是：機(jī)械原理課程設(shè)計通常選擇一般用途的機(jī)構(gòu)為題目，根據(jù)已知機(jī)械的工作要求，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型與組合，設(shè)計出幾種機(jī)構(gòu)方案，并對其加以比較和確定，然后對所選定方案中的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動和動力分析，確定出最優(yōu)的機(jī)構(gòu)參數(shù)，繪制機(jī)構(gòu)運動性能曲線。2.設(shè)計說明書的格式要求：（1）說明書一般用A4紙打印，要求步驟清楚、敘述簡明、文句通順、書寫端正。（2）對每一自成單元的內(nèi)容，都應(yīng)有大小標(biāo)題，使其醒目突出，建議加上目錄。（3）通過課程設(shè)計說明書的編寫，學(xué)生應(yīng)該學(xué)會整理設(shè)計數(shù)據(jù)、繪制圖表和簡圖，用工程術(shù)語表達(dá)設(shè)計成果的方法。（4）對所用公

3、式和數(shù)據(jù)，應(yīng)標(biāo)明來源參考資料的編號和頁次。（5）說明書應(yīng)加上封面，并與圖紙一起裝訂成冊。一、 機(jī)械原理課程設(shè)計任務(wù)和簡介1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計出紅旗B70的汽車雨刮器。雨刮器的速度自定。1.2設(shè)計題目及其簡介1.設(shè)計題目:設(shè)計題編號：05設(shè)計題目：汽車雨刮器針對如下下面三種車型，設(shè)計出對應(yīng)的汽車雨刮器。雨刮器的速度自定；方案號對應(yīng)車型（玻璃大小）A江淮同悅B奇瑞A3C紅旗B70我的設(shè)計題目是: 紅旗B70汽車雨刮器設(shè)計2.雨刮器簡介: 雨刮器是由電機(jī)帶動，通過連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣伪郏磽躏L(fēng)玻璃上面除了刮片之外的那部分）的往復(fù)運動，從而實現(xiàn)刮雨動作。一般接通電機(jī)（即按一下雨刮器工作開關(guān)）

4、，即可讓雨刮器工作。通過選拔高速低速檔，可以使電機(jī)的電流發(fā)生大小變化，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制雨刮器的工作快慢。雨刮器一般須要解決好刮刷角度、刮刷頻率、干涉、噪聲、刮凈度、電流等問題。另外，QC/T44-1997等汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對雨刮器的性能、實驗等作了具體規(guī)定。雨刮器總成含有電動機(jī)、減速器、四連桿機(jī)構(gòu)、刮水臂心軸、刮水片總成等。當(dāng)司機(jī)按下雨刮器的開關(guān)時，電動機(jī)啟動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿的減速增扭作用驅(qū)動擺臂，擺臂帶動四連桿機(jī)構(gòu)，四連桿機(jī)構(gòu)帶動安裝在前圍板上的轉(zhuǎn)軸左右擺動，最后由轉(zhuǎn)軸帶動雨刮片刮掃擋風(fēng)玻璃。 現(xiàn)在，汽車的雨刮臂有兩個，電機(jī)一般是一個，稱為“單機(jī)雙臂”，也有每個雨刮器帶一只電

5、機(jī)，稱為“單機(jī)單臂”。有些雨刮臂還附帶膠水管，水管接至洗滌器上，按一下開關(guān)會有水注噴向前檔風(fēng)玻璃。在一些中高級轎車上，不但前后檔風(fēng)玻璃有雨刮器，就是前大燈也有一支小小的雨刮片，用以清除前燈玻璃上的塵埃。司機(jī)關(guān)閉雨刮器時，雨刮臂往往不停在適當(dāng)?shù)奈恢?，阻礙司機(jī)的視線。為解決這一問題，雨刮器設(shè)有一個回位開關(guān)，它控制雨刮器電機(jī)，當(dāng)雨刮臂停在檔風(fēng)玻璃下的適當(dāng)位置時，電機(jī)才會停止運轉(zhuǎn)。 現(xiàn)今的雨刮器已經(jīng)普遍采用快檔、慢檔和間歇控制檔。其中間歇控制檔一般是利用電機(jī)的回位開關(guān)觸點與電阻電容的充放電功能使雨刮器按照一定周期刮掃，即每動作一次停止212秒時間，對司機(jī)的干擾更少。有些車輛的雨刮器還裝有電子調(diào)速器，該

6、調(diào)速器附帶感應(yīng)功能，能根據(jù)雨量的大小自動調(diào)節(jié)雨臂的擺動速度，雨大刮水臂轉(zhuǎn)得快，雨小刮水臂轉(zhuǎn)得慢，雨停刮水臂也停。 雨刮器的動力源來自電動機(jī)，它是整個雨刮器系統(tǒng)的核心。雨刮器電動機(jī)的質(zhì)量要求是相當(dāng)高的。它采用直流永磁電動機(jī)，安裝在前檔風(fēng)玻璃上的雨刮器電動機(jī)一般與蝸輪蝸桿機(jī)械部分做成一體。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的作用是減速增扭，其輸出軸帶動四連桿機(jī)構(gòu)，通過四連桿機(jī)構(gòu)把連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)樽笥覕[動的運動。 雨刮器電動機(jī)采用3刷結(jié)構(gòu)以方便變速。間歇時間由間歇繼電器控制，利用電機(jī)的回位開關(guān)觸點與繼電器電阻電容的充放電功能使雨刮器按照一定周期刮掃。雨刮器的刮片膠條是直接清除玻璃上雨水和污垢的工具。刮片膠條通過彈簧條

7、壓向玻璃表面，它的唇口必須與玻璃角度配合一致，方能達(dá)到所要求的性能。 一般情況下在汽車組合開關(guān)手柄上有雨刮器控制旋扭，設(shè)有低速、高速、間歇3個檔位。手柄頂端是洗滌器按鍵開關(guān)，按下開關(guān)有洗滌水噴出，配合雨刮器洗滌檔風(fēng)玻璃。洗滌器系統(tǒng)是目前汽車上很普通的裝置，它由儲水箱、水泵、輸水管、噴水嘴組成。其中儲水箱一般是1.5升2升的塑料罐，水泵是一種微型電動離心泵，通過它將儲水箱的洗滌水輸向噴水嘴，經(jīng)24個噴水嘴的擠壓作用將洗滌水分成細(xì)小的射流噴向檔風(fēng)玻璃，配合雨刮器起到清潔檔風(fēng)玻璃的作用。 除了前檔風(fēng)玻璃雨刮器外，許多乘用車還裝置了后玻璃窗雨刮器，駕車者雨天能看到車后的東西。有些高級乘用車上的前照燈也

8、安裝有類似雨刮器的清洗裝置。后玻璃窗雨刮器和前照燈清洗裝置沒有專門的四連桿機(jī)構(gòu)，只在電動機(jī)上附加一個緊湊的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)（例如齒條齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)），將旋轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動。據(jù)歐美法規(guī)規(guī)定，當(dāng)前照燈臟污到照明度降到20%時，前照燈清洗裝置應(yīng)當(dāng)在8秒內(nèi)洗滌干凈污垢，使照明度恢復(fù)到80%。前照燈洗滌用的水由檔風(fēng)玻璃雨刮器儲水箱提供，其噴水嘴的位置要設(shè)置合理才能使車輛在任何速度下都能使洗滌水噴到燈面上。3.雨刮器使用技巧（1）雨刮器能發(fā)揮良好作用的關(guān)鍵是：橡膠的雨刮條能保持充足的濕潤度。只有充足的濕潤度，它才能有非常好的韌性，以保持和車窗玻璃接觸的緊密性。很簡單的道理，一顆米干在碗上了，如果不把它泡軟，別說洗碗了

9、，就是用硬器去刮，都刮不下來。雨刮器的使用，也是這樣。很多車友常抱怨雨刮器刮不干凈，就是沒想明白這個道理。（2）雨刮器、雨刮器，顧名思意，是用來刮雨用的，不是用來刮“泥”用的。所以正確地使用雨刮器，不僅僅是能夠延長雨刮器的使用壽命，關(guān)鍵是能有效地保持良好的視線，更有利于行車安全。想明了上面的這兩個基本點，就大體知道了雨刮器的正確使用方法。（3）所以沒有車庫的車友，應(yīng)該養(yǎng)成每天早晨出車前，用濕布擦一遍前窗的習(xí)慣。一夜下來，雨刮器是干的，想在出車時，用雨刮器把一夜積在前窗上的灰刮干凈，這樣的干磨，不僅很難達(dá)到良好的效果，還容易損壞雨刮器。正確的方法是：濕布擦完后，再讓小六噴水刮一次。因為正宗的洗玻

10、璃水是帶有揮發(fā)性的，能很快讓窗面達(dá)到干燥，從而避免潮濕的玻璃吸灰起泥。（4）有車庫的車友，應(yīng)該養(yǎng)成每晚回車庫收車時，清理干凈前窗的習(xí)慣。尤其是從雨中回來，積在前窗上的水滴，第二于早晨干成水漬后，再參合其中吸附的灰塵，前窗是很難單靠雨刮刮干凈的。如果頭天晚上，乘著濕潤的雨刮器，把前窗刮干凈。第二天早晨，就能很輕松、很干凈的開車上路了。（5）開車途中，掉小雨點時，不要急著開雨刮器。這時前窗上的水份不足，雨刮器干刮，只會產(chǎn)生適得其反的效果。前窗上刮花的泥漬，還很難再刮干凈。如果雨點積得很慢，不影響視線，最好是等前窗上雨點積的更多點再開始刮雨刮器。小雨中開始使用雨刮器，最好是讓小六噴次洗玻璃水后再開始

11、刮（噴洗玻璃水不僅僅是停車時能用哈，開車途中也是能用的）。以保證前窗上有足夠的水份來溫潤雨刮器。（6）雨刮器最好使用第二檔，連續(xù)的來回刮。有些車友喜歡小雨時使用間歇的模式來刮，這樣不太好。開車上路，不僅僅是要防天上的雨，還更好防前車濺起的泥水。碰上這種情況，間歇模式很容易把前窗刮成泥漬的花紋，嚴(yán)重影響視線。（7）路上雨停了，不要急于關(guān)閉雨刮器。道理和上面是一樣的，等前窗濺滿了前車帶起的泥點子，再匆忙地開雨刮器，這時就變成刮泥了。 1.3 雨刮器設(shè)計的基本要求1.工作環(huán)境和壽命要求 雨刮器是重要的安全件，它必須能有效地清除雨水、雪和污垢；能在高溫（攝氏零上80度）和低溫下（攝氏零下30度）工作；

12、能抗酸、堿、鹽等有害物質(zhì)腐蝕；使用壽命達(dá)到15萬次刮刷循環(huán)（乘用車）。2.刮片的要求 刮片使用的長度為2001000mm,安裝尺寸(滑入或扣住)均已標(biāo)準(zhǔn)化。消除安裝和接頭處的間隙能使磨損減小。在中央夾子頂部穿孔以防止高速時刮片抬起。在特殊情況下，如刮片迎風(fēng)運動時，可在刮桿或刮片上安裝空氣導(dǎo)流片，使刮片壓向窗玻璃。3.刮刷范圍要求圖1-1刮刷范圍示意標(biāo)準(zhǔn)上的規(guī)定是從駕駛員位置和視角考慮的,前風(fēng)窗玻璃上擦凈的區(qū)域A,B和C分別為80%95%和100%(如圖1-1所示),擦拭次數(shù)與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)無關(guān),規(guī)定每分鐘的往復(fù)至少在45次以上,并且規(guī)定擦拭次數(shù)可有兩個以上的變速(兩速時,高速和低速相差15次/分)

13、。4.刮片膠條的要求 刮刷系統(tǒng)最重要的零件是刮片膠條。它由膠條夾的爪形臂夾持，并由彈簧條支承。刮片膠條的雙刃邊壓向風(fēng)窗玻璃，刃寬0.010.015mm。刮片運動時，必須克服干摩擦（摩擦系數(shù)0.82.5，隨相對濕度而定）和濕摩擦（系數(shù)0.10.6，隨摩擦速度而定）。運動時刮片膠條的唇口必須和玻璃呈約45°的角度，如膠條的形狀和橡膠性能匹配得當(dāng)，即可獲得所要求的性能。二、方案分析和比較2.1概述根據(jù)雨刮器的傳動連桿機(jī)構(gòu)不同可分為對向式刮刷和平行式刮刷，根據(jù)刮水器臂可分為單臂雨刮器和雙臂雨刮器。單臂式雨刮器刮水范圍較小效率比較高但沒有雙臂式的刮得清潔也沒有雙臂式的刮刷范圍大，對向式雨刮器會

14、影響駕駛員的視線，也會干擾駕駛員的正常駕駛，為此目前汽車前風(fēng)窗幾乎均采用雙臂平行式刮刷形式的雨刮器。2.2方案比較方案一:動力源是永磁直流電動機(jī),其轉(zhuǎn)速和方向的控制由電子控制電路負(fù)責(zé)。動力輸出經(jīng)過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)減速增扭作用,蝸輪的轉(zhuǎn)動帶動與之鉸接的連桿運動，連桿將運動傳導(dǎo)至鉸接的三角架，從而帶動刮刷臂同向擺動達(dá)到刮刷目的。此方案的主要缺點是三角形鉸接架占用空間比較大,結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。方案二：動力源同樣是永磁直流電動機(jī)，動力輸出后經(jīng)過減速器減速增扭后輸出，輸出軸與三根連桿鉸接的三角架鉸接點相連，帶動三角架旋轉(zhuǎn)從而帶動雨刮臂實現(xiàn)同向平行刮刷運動。此種方法減速通過減速器實現(xiàn)，其減速作用相比蝸輪蝸桿機(jī)

15、構(gòu)可靠，但比較復(fù)雜，成本也會比蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)高一些，占用空間也會相對較大。方案三：動力源是永磁直流電動機(jī)，通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)減速增扭，蝸輪的轉(zhuǎn)動帶動連桿運動，從而帶動刮臂實現(xiàn)同向平行刮刷，此種方案結(jié)構(gòu)較為簡單，原理也比較簡單，且容易實現(xiàn)刮刷運動。具體優(yōu)點如下：1.整體構(gòu)建布局可以在汽車上較為容易實現(xiàn)；2.機(jī)構(gòu)簡單實用，在滿足運動要求前提下大大節(jié)省了材料；3.設(shè)置了急回特性（推桿快，收桿慢），因為在刮片起掛前，擋風(fēng)玻璃上附著的雨水量相對較多，對司機(jī)觀察前方路線不利，這時刮片需快速掛清雨水，而在回程時玻璃上雨量較少，這時慢掛可進(jìn)一步刮凈雨水，是玻璃保持相對較長的清晰度。同時急回特性的運用也提高了雨刮器

16、的工作效率；2.3最終方案選定經(jīng)以上綜合分析,選擇方案三較好,目前在汽車上運用也較多。三、基本尺寸的確定3.1前風(fēng)窗玻璃的尺寸上圖是奔騰B70前風(fēng)窗的尺寸示意圖,由于沒有找到確切的尺寸參數(shù),經(jīng)搜索有限的資料和文獻(xiàn)可知其前風(fēng)窗大概尺寸L1為1100mm，L2為850mm，L3為1400mm，L4為900mm。3.2雨刮器雨刮臂尺寸確定目前雨刮器雨刮臂尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化。如上圖所示由于車窗左右兩邊寬850mm，故L=LG+Lp=850mm，根據(jù)LG、 Lp的標(biāo)準(zhǔn)化尺寸可選擇LG=250mm，Lp=600mm。LG、LP的標(biāo)準(zhǔn)對照表如下所示。前風(fēng)窗下長1400mm,取雨刮器桿段L1=650mm,L3=10

17、0mm,L4=100mm,L2的大小根據(jù)永磁直流電動機(jī)和蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的安裝位置和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運動條件確定,這里取L2=400mm;L=120mm。3.3雨刮器電機(jī)原理及參數(shù)的選定1 電樞 2永久磁鐵磁極 3蝸桿 4蝸輪 5自動停位滑片1.三刷式電動機(jī)變速原理a. 直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，在電樞繞組內(nèi)同時還產(chǎn)生反電動勢，其方向與電樞電流的方向相反b. 當(dāng)電樞通電后轉(zhuǎn)速逐漸上升時，其繞組內(nèi)同時產(chǎn)生一個反電動勢，方向與電樞電流方向相反c. 電樞轉(zhuǎn)速上升時，反電動勢也相應(yīng)上升，當(dāng)電樞電流產(chǎn)生的電磁力矩與運轉(zhuǎn)阻力矩平衡時，電樞的轉(zhuǎn)速不再上升而趨于穩(wěn)定。d. 由于運轉(zhuǎn)阻力矩一定時，電樞穩(wěn)定運轉(zhuǎn)所需要的電樞電流

18、一定，對應(yīng)的電樞繞組反向電動勢的高低就一定。e. 電樞繞組反向電動勢與轉(zhuǎn)速和正、負(fù)電刷之間串聯(lián)的電樞線圈個數(shù)的乘積成正比。f. 電樞繞組反向電動勢一定時，轉(zhuǎn)速和正、負(fù)電刷之間串聯(lián)的電樞線圈個數(shù)成反比。2.電機(jī)參數(shù)如下圖所示四、雨刮器運動分析利用ADAMS仿真軟件對已建立模型的搖桿的位移、速度、加速度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并輸出所需要的數(shù)據(jù)及曲線，如下：滑塊水平位移仿真曲線滑塊水平運動速度仿真曲線滑塊水平運動加速度仿真曲線帶刮片擺桿角速度仿真曲線帶刮片擺桿角速度仿真曲線五、設(shè)計總結(jié)5.1設(shè)計感悟機(jī)械原理課程設(shè)計是機(jī)械原理課程與實際設(shè)計結(jié)合的實踐過程，通過此次設(shè)計將書本上的知識更加深刻的理解、記憶。設(shè)計過

19、程中也暴露了自己設(shè)計方面思維局限，設(shè)計知識的匱乏，對雨刮器的認(rèn)識不夠，導(dǎo)致設(shè)計時創(chuàng)新的難度很大，在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中仍需不斷的實踐和學(xué)習(xí)。從剛接到機(jī)械原理課程設(shè)計任務(wù)到現(xiàn)在為止，大概經(jīng)過了六周的時間，前面一段時間由于各種考試接連不斷，沒有專門的時間從事設(shè)計方面的事，考試結(jié)束后便開始進(jìn)行課程設(shè)計?？雌饋砗芎唵蔚氖?，真正動手便發(fā)現(xiàn)問題多多，困難多多，例如前面所展示的方案設(shè)計的Autocad機(jī)械簡圖的繪制、汽車前風(fēng)窗尺寸數(shù)據(jù)的查詢、以及雨刮器結(jié)構(gòu)中各根桿的長度確定等等。長度確定都需要具體考慮其標(biāo)準(zhǔn)尺寸，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸選取與實際相適應(yīng)的尺寸。Autocad大一之后沒有具體操作過，導(dǎo)致大部分功能和

20、畫法的遺忘，畫圖之前又系統(tǒng)的將軟件學(xué)習(xí)了一遍，把機(jī)械原理課本也復(fù)習(xí)了一遍，同時也學(xué)習(xí)了編輯圖片的基本方法。這讓我發(fā)現(xiàn)，設(shè)計是一個很復(fù)雜、要求很高的過程。好的設(shè)計必定是綜合能力的體現(xiàn)，書本知識和實際知識結(jié)合的能力的體現(xiàn)。一個完整的設(shè)計需要大量的設(shè)計資料，能合理和快速的獲取準(zhǔn)確的資料也是必備的設(shè)計才能。這就要求我們在校期間的學(xué)習(xí)不僅僅滿足于學(xué)校所開設(shè)的各種課程,更需要自學(xué)其他相關(guān)的書籍,自學(xué)一系列相關(guān)軟件的使用。現(xiàn)代的設(shè)計過程幾乎離不開各種設(shè)計和分析軟件的使用，因此軟件的學(xué)習(xí)對提高設(shè)計者的設(shè)計能力至關(guān)重要，能很好的使用各種設(shè)計工具也會很大程度的提高設(shè)計效率，此次設(shè)計過程中很多設(shè)計時間都花在資料的搜集和軟件的學(xué)習(xí)上面。通過課程設(shè)計不僅增加了自己對機(jī)械原理課程的理解，而且也實際操作了一些軟件，豐富了自己的知識，也學(xué)到了很多課堂以外的東西，包括獲取知識的途徑和學(xué)習(xí)軟件的基本方法，為將來的設(shè)計和學(xué)習(xí)提供了必須的基礎(chǔ)！由于知識和軟件操作能力的匱乏，時間和精力的限制，課程設(shè)計內(nèi)容難免有錯誤、缺漏和不準(zhǔn)確的地方。為此在之后的學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該多學(xué)習(xí)基本軟件的使用方法，多看書，多實踐以不斷提高自己的設(shè)計能力。5.2設(shè)計過程1.獲知設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、設(shè)計要求以及設(shè)計構(gòu)思和準(zhǔn)備。2.雨刮器的結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)學(xué)習(xí)，構(gòu)思設(shè)計流程。3.資料的收集和運用，基本設(shè)計方案